應(yīng)力為典型的張量，具有明顯的坐標(biāo)相關(guān)性，大家常用查看單元應(yīng)力方向的方法為直接通過整體坐標(biāo)系判斷XYZ方向，但這種方法僅適用于實(shí)體單元，對于其他類型單元（例如殼單元、Beam單元、Truss單元、Cohesive單元等）或特殊坐標(biāo)系下的實(shí)體單元則不再適用，若仍然采用整體坐標(biāo)系判定方向則會限制對后處理結(jié)果的解讀。今天喵星人就通過一個教程帶大家學(xué)習(xí)不同類型單元的應(yīng)力方向應(yīng)該如何看。

1.實(shí)體單元

默認(rèn)的實(shí)體單元應(yīng)力方向服從整體坐標(biāo)系，若想查看其他坐標(biāo)系下的應(yīng)力情況則需定義其他坐標(biāo)系，建立的方式既可在前處理內(nèi)定義，也可在后處理內(nèi)完成，前后處理中坐標(biāo)系的定義位置如下圖所示。

完成坐標(biāo)系定義后，在后處理結(jié)果選項(xiàng)-轉(zhuǎn)換-用戶指定中選擇自定義的坐標(biāo)系，如圖所示。注意此時選擇應(yīng)力張量后，圖例中已切換至指定坐標(biāo)系模式。

對于特殊部件，例如柱狀的PCCP等部件下，同學(xué)們更加關(guān)注徑向受力與環(huán)向受力等特殊情況，因此可采用柱坐標(biāo)系（更加特殊情況可采用球坐標(biāo)系），此時定義的坐標(biāo)系為RTZ，其中R方向?yàn)閺较颍瑧?yīng)力張量序號為1，T為切向，應(yīng)力張量序號為2，Z為軸向，應(yīng)力張量序號為3。

若同學(xué)們不理解張量方向，可在后處理中點(diǎn)擊繪制符號。此時應(yīng)力云圖中附帶當(dāng)前應(yīng)力張量的方向，如圖所示即為1方向（徑向）矢量場。

2、殼單元

注意，殼單元方向不再服從整體坐標(biāo)系，而是服從在材料定義中的材料指派方向，如圖所示。注意，在板殼基本理論中，殼單元無法向（張量3方向）的應(yīng)力，其中材料局部坐標(biāo)系1/2方向即代表后處理張量1/2方向。

很尷尬的是，若同學(xué)們希望獲得與殼單元法向的相互作用力。喵星人在不突破板殼力學(xué)基本理論的前提下，發(fā)現(xiàn)可以通過相互作用的法向接觸場變量CPRESS來代替其他單元與殼單元的法向作用力，如圖所示。需要注意的是，由于CPRESS已經(jīng)表明是接觸法向，因此不具備張量特性，不再強(qiáng)調(diào)是服從哪個坐標(biāo)系。

3.Beam單元

Beam單元常被用于筋以及纖維梁柱的模擬，與桁架單元不同的是Beam單元必須在前處理中指定截面方向，如圖所示。此時1軸與2軸方向?yàn)槠拭娴?軸與2軸方向，而在后處理的應(yīng)力張量中，1方向代表著軸向，且無22和33方向的應(yīng)力分量，這種前后處理符號不一致的情況一定要小心。

此外，梁單元允許查看剪切方向應(yīng)力S12，若關(guān)注截面合力，也可查看張量SF1/2/3，如圖所示。需要特別提醒的是，SF1為前處理中的軸向t，SF2為前處理中的方向1，SF3為前處理中的方向2，這里方向顛倒，需要特別留意。

4.Truss單元

Truss單元的可用應(yīng)力分量只有軸向S11，且在隱式分析下，Mises應(yīng)力為S11應(yīng)力的絕對值。但在顯式分析中，無Mises應(yīng)力，只有S11可以查看結(jié)果。

5.Cohesive單元

Cohesive單元不像殼單元可以默認(rèn)部件形式形成厚度方向，其厚度方向必須在網(wǎng)格中通過掃掠形成，若未掃掠，abaqus的網(wǎng)格則通過右手螺旋法則判定厚度方向，如圖所示。

此時厚度方向?yàn)?方向，1與2方向可在后處理中的材料方向獲得，如圖所示。

由于Cohesive單元表征了兩個粘結(jié)層中的法向粘結(jié)與切向粘結(jié)，因此法向粘結(jié)力通過S33表征，注意正應(yīng)力分量S11與S22無切向意義，因此沒有這兩個張量的結(jié)果！而切向粘結(jié)則通過剪應(yīng)力分量S13/S23獲得，如圖所示。

結(jié)語

不同單元的應(yīng)力方向不同其實(shí)本質(zhì)上反應(yīng)了不同單元的基本原理差異，例如殼單元根據(jù)Kirchhoff板假定則無3方向應(yīng)力，Cohesive單元采用了牽引力-分離模型則無1方向與2方向的正應(yīng)力，僅保留1方向與2方向切應(yīng)力與3方向正應(yīng)力。可見后處理的概念需要精通力學(xué)與數(shù)學(xué)的基本原理。此外，應(yīng)力張量的查看大家不要覺得是論文充字?jǐn)?shù)的部分，許多模型可以通過應(yīng)力張量、主應(yīng)力方向等分析傳力機(jī)制，這也是有限元解讀力學(xué)原理的重要途徑之一。

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